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如何理解分布式系統下基于Redis的分布式鎖

發布時間:2021-10-29 11:20:05 來源:億速云 閱讀:142 作者:iii 欄目:關系型數據庫

這篇文章主要介紹“如何理解分布式系統下基于Redis的分布式鎖”,在日常操作中,相信很多人在如何理解分布式系統下基于Redis的分布式鎖問題上存在疑惑,小編查閱了各式資料,整理出簡單好用的操作方法,希望對大家解答”如何理解分布式系統下基于Redis的分布式鎖”的疑惑有所幫助!接下來,請跟著小編一起來學習吧!

如何理解分布式系統下基于Redis的分布式鎖

新接手的項目,偶爾會出現賬不平的問題。之前的技術老大臨走時給的解釋是:排查了,沒找到原因,之后太忙就沒再解決,可能是框架的原因……

既然項目交付到手中,這樣的問題是必須要解決的。梳理了所有賬務處理邏輯,最終找到了原因:數據庫并發操作熱點賬戶導致。就這這個問題,來聊一聊分布式系統下基于Redis的分布式鎖。順便也分解一下問題形成原因及解決方案。

原因分析

系統并發量并不高,存在熱點賬戶,但也不至于那么嚴重。問題的根源在于系統架構設計,人為的制造了并發。場景是這樣的:商戶批量導入一批數據,系統會進行前置處理,并對賬戶余額進行增減。

此時,另外一個定時任務,也會對賬戶進行掃描更新。而且對同一賬戶的操作分布到各個系統當中,熱點賬戶也就出現了。

針對此問題的解決方案,從架構層面可以考慮將賬務系統進行抽離,集中在一個系統中進行處理,所有的數據庫事務及執行順序由賬務系統來統籌處理。從技術方面來講,則可以通過鎖機制來對熱點賬戶進行加鎖。

本篇文章就針對熱點賬戶基于分布式鎖的實現方式進行詳細的講解。

鎖的分析

在Java的多線程環境下,通常有幾類鎖可以使用:

  • JVM內存模型級別的鎖,常用的有:synchronized、Lock等;

  • 數據庫鎖,比如樂觀鎖,悲觀鎖等;

  • 分布式鎖;

JVM內存級別的鎖,可以保證單體服務下線程的安全性,比如多個線程訪問/修改一個全局變量。但當系統進行集群部署時,JVM級別的本地鎖就無能為力了。

悲觀鎖與樂觀鎖

像上述案例中,熱點賬戶就屬于分布式系統中的共享資源,我們通常會采用數據庫鎖分布式鎖來進行解決。

數據庫鎖,又分為樂觀鎖悲觀鎖

悲觀鎖是基于數據庫(Mysql的InnoDB)提供的排他鎖來實現的。在進行事務操作時,通過select ... for update語句,MySQL會對查詢結果集中每行數據都添加排他鎖,其他線程對該記錄的更新與刪除操作都會阻塞。從而達到共享資源的順序執行(修改);

樂觀鎖是相對悲觀鎖而言的,樂觀鎖假設數據一般情況不會造成沖突,所以在數據進行提交更新的時候,才會正式對數據的沖突與否進行檢測。如果沖突則返回給用戶異常信息,讓用戶決定如何去做。樂觀鎖適用于讀多寫少的場景,這樣可以提高程序的吞吐量。在樂觀鎖實現時通常會基于記錄狀態或添加version版本來進行實現。

悲觀鎖失效場景

項目中使用了悲觀鎖,但悲觀鎖卻失效了。這也是使用悲觀鎖時,常見的誤區,下面來分析一下。

正常使用悲觀鎖的流程:

  • 通過select ... for update鎖定記錄;

  • 計算新余額,修改金額并存儲;

  • 執行完成釋放鎖;

經常犯錯的處理流程:

  • 查詢賬戶余額,計算新余額;

  • 通過select ... for update鎖定記錄;

  • 修改金額并存儲;

  • 執行完成釋放鎖;

錯誤的流程中,比如A和B服務查詢到的余額都是100,A扣減50,B扣減40,然后A鎖定記錄,更新數據庫為50;A釋放鎖之后,B鎖定記錄,更新數據庫為60。顯然,后者把前者的更新給覆蓋掉了。解決的方案就是擴大鎖的范圍,將鎖提前到計算新余額之前。

通常悲觀鎖對數據庫的壓力是非常大的,在實踐中通常會根據場景使用樂觀鎖或分布式鎖等方式來實現。

下面進入正題,講講基于Redis的分布式鎖實現。

Redis分布式鎖實戰演習

這里以Spring Boot、Redis、Lua腳本為例來演示分布式鎖的實現。為了簡化處理,示例中Redis既承擔了分布式鎖的功能,也承擔了數據庫的功能。

場景構建

集群環境下,對同一個賬戶的金額進行操作,基本步驟:

  • 從數據庫讀取用戶金額;

  • 程序修改金額;

  • 再將最新金額存儲到數據庫;

下面從最初不加鎖,不同步處理,逐步推演出最終的分布式鎖。

基礎集成及類構建

準備一個不加鎖處理的基礎業務環境。

首先在Spring Boot項目中引入相關依賴:

<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>

賬戶對應實體類UserAccount:

public class UserAccount {

  //用戶ID
  private String userId;
  //賬戶內金額
  private int amount;

  //添加賬戶金額
  public void addAmount(int amount) {
    this.amount = this.amount + amount;
  }
  // 省略構造方法和getter/setter 
}

創建一個線程實現類AccountOperationThread:

public class AccountOperationThread implements Runnable {

  private final static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(AccountOperationThread.class);

  private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L;

  private String userId;

  private RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate;

  public AccountOperationThread(String userId, RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate) {
    this.userId = userId;
    this.redisTemplate = redisTemplate;
  }

  @Override
  public void run() {
    noLock();
  }

  /**
   * 不加鎖
   */
  private void noLock() {
    try {
      Random random = new Random();
      // 模擬線程進行業務處理
      TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(random.nextInt(100) + 1);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    //模擬數據庫中獲取用戶賬號
    UserAccount userAccount = (UserAccount) redisTemplate.opsForValue().get(userId);
    // 金額+1
    userAccount.addAmount(1);
    logger.info(Thread.currentThread().getName() + " : user id : " + userId + " amount : " + userAccount.getAmount());
    //模擬存回數據庫
    redisTemplate.opsForValue().set(userId, userAccount);
  }
}

其中RedisTemplate的實例化交給了Spring Boot:

@Configuration
public class RedisConfig {

  @Bean
  public RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
    RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate = new RedisTemplate<>();
    redisTemplate.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);
    Jackson2JsonRedisSerializer<Object> jackson2JsonRedisSerializer =
        new Jackson2JsonRedisSerializer<>(Object.class);
    ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();
    objectMapper.setVisibility(PropertyAccessor.ALL, JsonAutoDetect.Visibility.ANY);
    objectMapper.enableDefaultTyping(ObjectMapper.DefaultTyping.NON_FINAL);
    jackson2JsonRedisSerializer.setObjectMapper(objectMapper);
    // 設置value的序列化規則和 key的序列化規則
    redisTemplate.setValueSerializer(jackson2JsonRedisSerializer);
    redisTemplate.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());
    redisTemplate.afterPropertiesSet();
    return redisTemplate;
  }
}

最后,再準備一個TestController來進行觸發多線程的運行:

@RestController
public class TestController {

  private final static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(TestController.class);

  private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

  @Autowired
  private RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate;

  @GetMapping("/test")
  public String test() throws InterruptedException {
    // 初始化用戶user_001到Redis,賬戶金額為0
    redisTemplate.opsForValue().set("user_001", new UserAccount("user_001", 0));
    // 開啟10個線程進行同步測試,每個線程為賬戶增加1元
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
      logger.info("創建線程i=" + i);
      executorService.execute(new AccountOperationThread("user_001", redisTemplate));
    }

    // 主線程休眠1秒等待線程跑完
    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
    // 查詢Redis中的user_001賬戶
    UserAccount userAccount = (UserAccount) redisTemplate.opsForValue().get("user_001");
    logger.info("user id : " + userAccount.getUserId() + " amount : " + userAccount.getAmount());
    return "success";
  }
}

執行上述程序,正常來說10個線程,每個線程加1,結果應該是10。但多執行幾次,會發現,結果變化很大,基本上都要比10小。

[pool-1-thread-5] c.s.redis.thread.AccountOperationThread  : pool-1-thread-5 : user id : user_001 amount : 1
[pool-1-thread-4] c.s.redis.thread.AccountOperationThread  : pool-1-thread-4 : user id : user_001 amount : 1
[pool-1-thread-3] c.s.redis.thread.AccountOperationThread  : pool-1-thread-3 : user id : user_001 amount : 1
[pool-1-thread-1] c.s.redis.thread.AccountOperationThread  : pool-1-thread-1 : user id : user_001 amount : 1
[pool-1-thread-1] c.s.redis.thread.AccountOperationThread  : pool-1-thread-1 : user id : user_001 amount : 2
[pool-1-thread-2] c.s.redis.thread.AccountOperationThread  : pool-1-thread-2 : user id : user_001 amount : 2
[pool-1-thread-5] c.s.redis.thread.AccountOperationThread  : pool-1-thread-5 : user id : user_001 amount : 2
[pool-1-thread-4] c.s.redis.thread.AccountOperationThread  : pool-1-thread-4 : user id : user_001 amount : 3
[pool-1-thread-1] c.s.redis.thread.AccountOperationThread  : pool-1-thread-1 : user id : user_001 amount : 4
[pool-1-thread-3] c.s.redis.thread.AccountOperationThread  : pool-1-thread-3 : user id : user_001 amount : 5
[nio-8080-exec-1] c.s.redis.controller.TestController      : user id : user_001 amount : 5

以上述日志為例,前四個線程都將值改為1,也就是后面三個線程都將前面的修改進行了覆蓋,導致最終結果不是10,只有5。這顯然是有問題的。

Redis同步鎖實現

針對上面的情況,在同一個JVM當中,我們可以通過線程加鎖來完成。但在分布式環境下,JVM級別的鎖是沒辦法實現的,這里可以采用Redis同步鎖實現。

基本思路:第一個線程進入時,在Redis中進記錄,當后續線程過來請求時,判斷Redis是否存在該記錄,如果存在則說明處于鎖定狀態,進行等待或返回。如果不存在,則進行后續業務處理。

  /**
   * 1.搶占資源時判斷是否被鎖。
   * 2.如未鎖則搶占成功且加鎖,否則等待鎖釋放。
   * 3.業務完成后釋放鎖,讓給其它線程。
   * <p>
   * 該方案并未解決同步問題,原因:線程獲得鎖和加鎖的過程,并非原子性操作,可能會導致線程A獲得鎖,還未加鎖時,線程B也獲得了鎖。
   */
  private void redisLock() {
    Random random = new Random();
    try {
      TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(random.nextInt(1000) + 1);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    while (true) {
      Object lock = redisTemplate.opsForValue().get(userId + ":syn");
      if (lock == null) {
        // 獲得鎖 -> 加鎖 -> 跳出循環
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + ":獲得鎖");
        redisTemplate.opsForValue().set(userId + ":syn", "lock");
        break;
      }
      try {
        // 等待500毫秒重試獲得鎖
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
    try {
      //模擬數據庫中獲取用戶賬號
      UserAccount userAccount = (UserAccount) redisTemplate.opsForValue().get(userId);
      if (userAccount != null) {
        //設置金額
        userAccount.addAmount(1);
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + " : user id : " + userId + " amount : " + userAccount.getAmount());
        //模擬存回數據庫
        redisTemplate.opsForValue().set(userId, userAccount);
      }
    } finally {
      //釋放鎖
      redisTemplate.delete(userId + ":syn");
      logger.info(Thread.currentThread().getName() + ":釋放鎖");
    }
  }

在while代碼塊中,先判斷對應用戶ID是否在Redis中存在,如果不存在,則進行set加鎖,如果存在,則跳出循環繼續等待。

上述代碼,看起來實現了加鎖的功能,但當執行程序時,會發現與未加鎖一樣,依舊存在并發問題。原因是:獲取鎖和加鎖的操作并不是原子的。比如兩個線程發現lock都是null,都進行了加鎖,此時并發問題依舊存在。

Redis原子性同步鎖

針對上述問題,可將獲取鎖和加鎖的過程原子化處理。基于spring-boot-data-redis提供的原子化API可以實現:

// 該方法使用了redis的指令:SETNX key value
// 1.key不存在,設置成功返回value,setIfAbsent返回true;
// 2.key存在,則設置失敗返回null,setIfAbsent返回false;
// 3.原子性操作;
Boolean setIfAbsent(K var1, V var2);

上述方法的原子化操作是對Redis的setnx命令的封裝,在Redis中setnx的使用如下實例:

redis> SETNX mykey "Hello"
(integer) 1
redis> SETNX mykey "World"
(integer) 0
redis> GET mykey
"Hello"

第一次,設置mykey時,并不存在,則返回1,表示設置成功;第二次設置mykey時,已經存在,則返回0,表示設置失敗。再次查詢mykey對應的值,會發現依舊是第一次設置的值。也就是說redis的setnx保證了唯一的key只能被一個服務設置成功。

理解了上述API及底層原理,來看看線程中的實現方法代碼如下:

  /**
   * 1.原子操作加鎖
   * 2.競爭線程循環重試獲得鎖
   * 3.業務完成釋放鎖
   */
  private void atomicityRedisLock() {
    //Spring data redis 支持的原子性操作
    while (!redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(userId + ":syn", "lock")) {
      try {
        // 等待100毫秒重試獲得鎖
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
    logger.info(Thread.currentThread().getName() + ":獲得鎖");
    try {
      //模擬數據庫中獲取用戶賬號
      UserAccount userAccount = (UserAccount) redisTemplate.opsForValue().get(userId);
      if (userAccount != null) {
        //設置金額
        userAccount.addAmount(1);
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + " : user id : " + userId + " amount : " + userAccount.getAmount());
        //模擬存回數據庫
        redisTemplate.opsForValue().set(userId, userAccount);
      }
    } finally {
      //釋放鎖
      redisTemplate.delete(userId + ":syn");
      logger.info(Thread.currentThread().getName() + ":釋放鎖");
    }
  }

再次執行代碼,會發現結果正確了,也就是說可以成功的對分布式線程進行了加鎖。

Redis分布式鎖的死鎖

雖然上述代碼執行結果沒問題,但如果應用異常宕機,沒來得及執行finally中釋放鎖的方法,那么其他線程則永遠無法獲得這個鎖。

此時可采用setIfAbsent的重載方法:

Boolean setIfAbsent(K var1, V var2, long var3, TimeUnit var5);

基于該方法,可以設置鎖的過期時間。這樣即便獲得鎖的線程宕機,在Redis中數據過期之后,其他線程可正常獲得該鎖。

示例代碼如下:

private void atomicityAndExRedisLock() {
    try {
      //Spring data redis 支持的原子性操作,并設置5秒過期時間
      while (!redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(userId + ":syn",
          System.currentTimeMillis() + 5000, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
        // 等待100毫秒重試獲得鎖
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + ":嘗試循環獲取鎖");
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
      }
      logger.info(Thread.currentThread().getName() + ":獲得鎖--------");
      // 應用在這里宕機,進程退出,無法執行 finally;
      Thread.currentThread().interrupt();
      // 業務邏輯...
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    } finally {
      //釋放鎖
      if (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
        redisTemplate.delete(userId + ":syn");
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + ":釋放鎖");
      }
    }
  }

業務超時及守護線程

上面添加了Redis所的超時時間,看似解決了問題,但又引入了新的問題。

比如,正常情況下線程A在5秒內可正常處理完業務,但偶發會出現超過5秒的情況。如果將超時時間設置為5秒,線程A獲得了鎖,但業務邏輯處理需要6秒。此時,線程A還在正常業務邏輯,線程B已經獲得了鎖。當線程A處理完時,有可能將線程B的鎖給釋放掉。

在上述場景中有兩個問題點:

  • 第一,線程A和線程B可能會同時在執行,存在并發問題。

  • 第二,線程A可能會把線程B的鎖給釋放掉,導致一系列的惡性循環。

當然,可以通過在Redis中設置value值來判斷鎖是屬于線程A還是線程B。但仔細分析會發現,這個問題的本質是因為線程A執行業務邏輯耗時超出了鎖超時的時間。

那么就有兩個解決方案了:

  • 第一,將超時時間設置的足夠長,確保業務代碼能夠在鎖釋放之前執行完成;

  • 第二,為鎖添加守護線程,為將要過期釋放但未釋放的鎖增加時間;

第一種方式需要全行大多數情況下業務邏輯的耗時,進行超時時間的設定。

第二種方式,可通過如下守護線程的方式來動態增加鎖超時時間。

public class DaemonThread implements Runnable {
  private final static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(DaemonThread.class);

  // 是否需要守護 主線程關閉則結束守護線程
  private volatile boolean daemon = true;
  // 守護鎖
  private String lockKey;

  private RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate;

  public DaemonThread(String lockKey, RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate) {
    this.lockKey = lockKey;
    this.redisTemplate = redisTemplate;
  }

  @Override
  public void run() {
    try {
      while (daemon) {
        long time = redisTemplate.getExpire(lockKey, TimeUnit.MILLISECONDS);
        // 剩余有效期小于1秒則續命
        if (time < 1000) {
          logger.info("守護進程: " + Thread.currentThread().getName() + " 延長鎖時間 5000 毫秒");
          redisTemplate.expire(lockKey, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS);
        }
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
      }
      logger.info(" 守護進程: " + Thread.currentThread().getName() + "關閉 ");
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }

  // 主線程主動調用結束
  public void stop() {
    daemon = false;
  }
}

上述線程每隔300毫秒獲取一下Redis中鎖的超時時間,如果小于1秒,則延長5秒。當主線程調用關閉時,守護線程也隨之關閉。

主線程中相關代碼實現:

private void deamonRedisLock() {
    //守護線程
    DaemonThread daemonThread = null;
    //Spring data redis 支持的原子性操作,并設置5秒過期時間
    String uuid = UUID.randomUUID().toString();
    String value = Thread.currentThread().getId() + ":" + uuid;
    try {
      while (!redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(userId + ":syn", value, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
        // 等待100毫秒重試獲得鎖
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + ":嘗試循環獲取鎖");
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
      }
      logger.info(Thread.currentThread().getName() + ":獲得鎖----");
      // 開啟守護線程
      daemonThread = new DaemonThread(userId + ":syn", redisTemplate);
      Thread thread = new Thread(daemonThread);
      thread.start();
      // 業務邏輯執行10秒...
      TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10000);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    } finally {
      //釋放鎖 這里也需要原子操作,今后通過 Redis + Lua 講
      String result = (String) redisTemplate.opsForValue().get(userId + ":syn");
      if (value.equals(result)) {
        redisTemplate.delete(userId + ":syn");
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + ":釋放鎖-----");
      }
      //關閉守護線程
      if (daemonThread != null) {
        daemonThread.stop();
      }
    }
  }

其中在獲得鎖之后,開啟守護線程,在finally中將守護線程關閉。

基于Lua腳本的實現

在上述邏輯中,我們是基于spring-boot-data-redis提供的原子化操作來保證鎖判斷和執行的原子化的。在非Spring Boot項目中,則可以基于Lua腳本來實現。

首先定義加鎖和解鎖的Lua腳本及對應的DefaultRedisScript對象,在RedisConfig配置類中添加如下實例化代碼:

@Configuration
public class RedisConfig {

  //lock script
  private static final String LOCK_SCRIPT = " if redis.call('setnx',KEYS[1],ARGV[1]) == 1 " +
      " then redis.call('expire',KEYS[1],ARGV[2]) " +
      " return 1 " +
      " else return 0 end ";
  private static final String UNLOCK_SCRIPT = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call" +
      "('del', KEYS[1]) else return 0 end";

  // ... 省略部分代碼
  
  @Bean
  public DefaultRedisScript<Boolean> lockRedisScript() {
    DefaultRedisScript<Boolean> defaultRedisScript = new DefaultRedisScript<>();
    defaultRedisScript.setResultType(Boolean.class);
    defaultRedisScript.setScriptText(LOCK_SCRIPT);
    return defaultRedisScript;
  }

  @Bean
  public DefaultRedisScript<Long> unlockRedisScript() {
    DefaultRedisScript<Long> defaultRedisScript = new DefaultRedisScript<>();
    defaultRedisScript.setResultType(Long.class);
    defaultRedisScript.setScriptText(UNLOCK_SCRIPT);
    return defaultRedisScript;
  }
}

再通過在AccountOperationThread類中新建構造方法,將上述兩個對象傳入類中(省略此部分演示)。然后,就可以基于RedisTemplate來調用了,改造之后的代碼實現如下:

  private void deamonRedisLockWithLua() {
    //守護線程
    DaemonThread daemonThread = null;
    //Spring data redis 支持的原子性操作,并設置5秒過期時間
    String uuid = UUID.randomUUID().toString();
    String value = Thread.currentThread().getId() + ":" + uuid;
    try {
      while (!redisTemplate.execute(lockRedisScript, Collections.singletonList(userId + ":syn"), value, 5)) {
        // 等待1000毫秒重試獲得鎖
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + ":嘗試循環獲取鎖");
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
      }
      logger.info(Thread.currentThread().getName() + ":獲得鎖----");
      // 開啟守護線程
      daemonThread = new DaemonThread(userId + ":syn", redisTemplate);
      Thread thread = new Thread(daemonThread);
      thread.start();
      // 業務邏輯執行10秒...
      TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10000);
    } catch (InterruptedException e) {
      logger.error("異常", e);
    } finally {
      //使用Lua腳本:先判斷是否是自己設置的鎖,再執行刪除
      // key存在,當前值=期望值時,刪除key;key存在,當前值!=期望值時,返回0;
      Long result = redisTemplate.execute(unlockRedisScript, Collections.singletonList(userId + ":syn"), value);
      logger.info("redis解鎖:{}", RELEASE_SUCCESS.equals(result));
      if (RELEASE_SUCCESS.equals(result)) {
        if (daemonThread != null) {
          //關閉守護線程
          daemonThread.stop();
          logger.info(Thread.currentThread().getName() + ":釋放鎖---");
        }
      }
    }
  }

其中while循環中加鎖和finally中的釋放鎖都是基于Lua腳本來實現了。

Redis鎖的其他因素

除了上述實例,在使用Redis分布式鎖時,還可以考慮以下情況及方案。

Redis鎖的不可重入

當線程在持有鎖的情況下再次請求加鎖,如果一個鎖支持一個線程多次加鎖,那么這個鎖就是可重入的。如果一個不可重入鎖被再次加鎖,由于該鎖已經被持有,再次加鎖會失敗。Redis可通過對鎖進行重入計數,加鎖時加 1,解鎖時減 1,當計數歸 0時釋放鎖。

可重入鎖雖然高效但會增加代碼的復雜性,這里就不舉例說明了。

等待鎖釋放

有的業務場景,發現被鎖則直接返回。但有的場景下,客戶端需要等待鎖釋放然后去搶鎖。上述示例就屬于后者。針對等待鎖釋放也有兩種方案:

  • 客戶端輪訓:當未獲得鎖時,等待一段時間再重新獲取,直到成功。上述示例就是基于這種方式實現的。這種方式的缺點也很明顯,比較耗費服務器資源,當并發量大時會影響服務器的效率。

  • 使用Redis的訂閱發布功能:當獲取鎖失敗時,訂閱鎖釋放消息,獲取鎖成功后釋放時,發送釋放消息。

集群中的主備切換和腦裂

在Redis包含主從同步的集群部署方式中,如果主節點掛掉,從節點提升為主節點。如果客戶端A在主節點加鎖成功,指令還未同步到從節點,此時主節點掛掉,從節點升為主節點,新的主節點中沒有鎖的數據。這種情況下,客戶端B就可能加鎖成功,從而出現并發的場景。

當集群發生腦裂時,Redis master節點跟slave 節點和 sentinel 集群處于不同的網絡分區。sentinel集群無法感知到master的存在,會將 slave 節點提升為 master 節點,此時就會存在兩個不同的 master 節點。從而也會導致并發問題的出現。Redis Cluster集群部署方式同理。

到此,關于“如何理解分布式系統下基于Redis的分布式鎖”的學習就結束了,希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習,快去試試吧!若想繼續學習更多相關知識,請繼續關注億速云網站,小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章!

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